JPWO2007034893A1 - ペースト状金属粒子組成物、ペースト状金属粒子組成物の固化方法、金属製部材の接合方法およびプリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

［課題］金属粒子が極めて短時間で焼結して強度と導電性と熱伝導性が優れた固形状金属となるペースト状金属粒子組成物、その固化方法等を提供する。［解決手段］平均粒径が０.１μｍ〜３０μｍであり炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物；該組成物に、加圧しつつ、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加することにより、該揮発性分散媒を揮散させ、該金属粒子同士を焼結させるペースト状金属粒子組成物の固化方法；金属製部材間にペースト状金属粒子組成物を介在させ、加圧しつつ、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加することによる接合方法；基板上のペースト状金属粒子組成物に加圧しつつ、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加することによる金属配線を形成させるプリント配線板の製造方法。

Description

本発明は、金属粒子と揮発性分散媒とからなる超音波振動焼結性のペースト状金属粒子組成物；ペースト状金属粒子組成物に加圧しつつ超音波振動を印加することにより、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加することにより金属粒子を焼結させて固化する方法；複数の金属製部材間にペースト状金属粒子組成物を介在させ、加圧しつつ超音波振動を印加することにより、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加することにより金属粒子を焼結させて固化することにより金属製部材を接合する方法；および、基板上に塗布したペースト状金属粒子組成物を、加圧しつつ超音波振動を印加することにより、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加することにより、金属粒子を焼結させ固化することにより、金属配線を形成するプリント配線板の製造方法に関するものである。

導電性ペーストは、固形分として主に金属微粉末を含有するペーストであり、例えば、プリント配線板の導電配線を形成する場合に導電路として用いられている。また、両面プリント配線板やビルドアップ多層プリント配線板では、スルーホールを導電性銀ペーストで充填して、各層の配線パターンを接続する方法が採用されている。セラミック基板に、厚膜導体配線を形成するための導電性ペーストも知られている。

金属微粉末としては、一般に、空気中で酸化しない金、白金、銀、パラジウムなどの貴金属の微粉末が用いられているが、最近では、非酸化性雰囲気下で焼成する方法を採用することにより、ニッケルや銅などの卑金属も用いられている。導電性ペーストは、スクリーン印刷、グラビア印刷、コーティングなどにより基材（基板）上に塗布される。塗膜は、乾燥後、熱処理されて、導電性膜となる。従来の導電性ペーストは、固化方法の観点で、高温焼結型と熱硬化型と低温焼結型とに大別される。

例えば、高温焼結型導電性ペーストに関する特許文献１では、導電性金属粉末（例えば、銅粉末）を含有するペースト状導電性樹脂組成物を基板に塗布して硬化させ、２０分間かけて３５０℃に昇温し２０分間保持して該樹脂を熱分解させ、ついで９００℃に昇温し３０分間保持して銅粉末を焼結している。

高温焼結型導電性ペーストは、樹脂を熱分解させ、金属粉末を焼結させるのに、極めて高温と長時間を要しており、大量生産するには生産効率が低く、エネルギー費用が多大であるという問題がある。

熱硬化型導電性ペーストに関する特許文献２では、鱗片状銀粉末を含有するポリイミドワニスからなる導電性ペーストをポリイミドフィルムに塗布して、１２０℃で３０分間保持して乾燥し、乾燥皮膜を１７０℃で３０分間、ついで２３０℃で１０分間熱処理して導電性膜を得ている。

熱硬化型導電性ペーストは、高温焼結型導電性ペーストに比べ硬化温度が低いが、硬化に長時間を要するので、大量生産するには生産効率が低く、エネルギー費用が多大であるという問題がある。また、本来電気絶縁性である樹脂がバインダーとして残存するので、電気伝導率をあまり大きくすることができないという問題がある。

特許文献３では、配線素子の電極と基板の電極とを対向させ、電極間を電気的および機械的に接続するフリップチップ実装方法において、上記配線素子の電極または基板の電極上の少なくとも一方に、平均粒径が１〜１００ｎｍの金属微粒子を溶媒中に分散させた金属ペーストを供給する工程と、上記配線素子の電極と基板の電極とを上記金属ペーストを間にして位置合わせする工程と、上記配線素子側および基板側の少なくとも一方に超音波振動を印加することにより、上記金属ペーストとの界面における電極表面を活性化させる工程と、上記金属ペーストを構成する溶媒の沸点以上、金属微粒子の融点以下の温度（１００℃〜３００℃）で５分〜６０分間加熱することにより、溶媒を蒸発させて配線素子の電極と基板の電極とを電気的および機械的に接続する工程とを有することを特徴とする。この実装方法は、１００℃〜３００℃で焼結させるので、低温焼結型ということができる。前記フリップチップ実装方法における超音波振動は、電極表面の酸化物や汚染物を除去し電極表面を活性状態にするために行うものであり、金属ペースト中の金属粒子と電極表面の金属との接合、並びに、金属粒子同士の焼結は、加熱工程によってなされる。

この実装方法は、高温焼結型導電性ペーストに比べ加熱温度が低いが、長時間を要するので、大量生産するには生産効率が低く、エネルギー費用が多大であるという問題がある。

また、被着体である電極等上の酸化物除去のため、前処理として超音波振動を印加する必要があり、複数の工程が必要という問題がある。

また、焼結性を向上させるために、表面活性の高い平均粒径１〜１００ｎｍというナノレベルの金属粒子を必要とする。しかしながら、平均粒径１〜１００ｎｍの金属微粒子は、微粉末状でも溶媒中でも、常温で凝集しやすく、保存安定性が悪いという問題がある。さらには、平均粒径１〜１００ｎｍの金属微粒子は、平均粒径が１００ｎｍ、すなわち０．１μｍより大きい金属粒子に比べ極めて高価であるという問題がある。

特開２００２−９７２１５号公報 特開２００４−３９３７９号公報 特開２００４−１１６６１２号公報

本発明者らは、上記問題のないペースト状金属粒子組成物およびその固化方法を開発すべく鋭意研究した結果、特定のペースト状金属粒子組成物に加圧しつつ超音波振動を印加することにより、短時間で金属粒子同士が焼結し、ペースト状金属粒子組成物が固化することを見出し、本発明を完成するに至った。本発明の目的は、保存安定性が良く、超音波振動の印加により短時間で容易に金属粒子が焼結可能であるペースト状金属粒子組成物；当該ペースト状金属粒子組成物を短時間で効率的に固化する方法；当該ペースト状金属粒子組成物を使用して、短時間で効率的に金属製部材を接合する方法、および、当該ペースト状金属粒子組成物を使用して、短時間で効率的に金属配線を形成するプリント配線板の製造方法を提供することにある。

この目的は、
［１］(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状物であり、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動の印加により該金属粒子同士が焼結することを特徴とする、超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
［２］加圧および加熱をしつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動の印加であることを特徴とする、［１］記載のペースト状金属粒子組成物。
［３］金属粒子(A)の金属が、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルまたはスズであることを特徴とする、［１］記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
［４］金属粒子(A)の金属が、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルまたはスズであることを特徴とする、［２］記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
［５］金属粒子(A)が、球状、フレーク状または粒状であることを特徴とする、［１］〜［４］のいずれかに記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
［６］揮発性分散媒(B)が、揮発性の親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であることを特徴とする、［１］〜［４］のいずれかに記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
［７］揮発性分散媒(B)が、揮発性の親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であることを特徴とする、［５］記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
［８］揮発性親水性溶剤が、揮発性アルコール、または揮発性アルコールと水の混合物であることを特徴とする、［６］記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
［９］揮発性親水性溶剤が、揮発性アルコール、または揮発性アルコールと水の混合物であることを特徴とする、［７］記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
［１０］(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物に、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することにより、該金属粒子同士を焼結させることを特徴とする、ペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１１］加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することを特徴とする、［１０］記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１２］超音波振動の振幅が０．１〜４０μｍであることを特徴とする、［１０］または［１１］記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１３］加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［１０］または［１１］記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１４］加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［１２］記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１５］複数の金属製部材間に、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を介在させ、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加して該金属粒子同士を焼結させることを特徴とする、金属製部材の接合方法。
［１６］加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することを特徴とする、［１５］記載の金属製部材の接合方法。
［１７］金属製部材が電子部品または電気部品の金属製部材であることを特徴とする、［１５］記載の金属製部材の接合方法。
［１８］金属製部材が電子部品または電気部品の金属製部材であることを特徴とする、［１６］記載の金属製部材の接合方法。
［１９］超音波振動の振幅が０．１〜４０μｍであることを特徴とする、［１５］〜［１８］のいずれかに記載の金属製部材の接合方法。
［２０］加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［１５］〜［１８］のいずれかに記載の金属製部材の接合方法。
［２１］加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［１９］記載の金属製部材の接合方法。
［２２］(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を、硬化性接着剤が塗布された基板上に塗布し、該ペースト状金属粒子組成物に加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加して該金属粒子同士を焼結させ、同時に該接着剤を硬化させることにより、金属配線を形成することを特徴とする、プリント配線板の製造方法。
［２３］加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することを特徴とする、［２２］記載のプリント配線板の製造方法。
［２４］超音波振動の振幅が０．１〜４０μｍであることを特徴とする、［２２］または［２３］記載のプリント配線板の製造方法。
［２５］加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［２２］または［２３］記載のプリント配線板の製造方法。
［２６］加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［２４］記載のプリント配線板の製造方法。
；により達成される。

本発明のペースト状金属粒子組成物は、金属粒子の平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であるので保存安定性が良く、さらには炭素量が２．０重量％以下であるので、加圧しつつ、特には加圧、加熱しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加すると、金属粒子が極めて短時間で焼結して固化する。

本発明のペースト状金属粒子組成物の固化方法では、加圧しつつ、特には加圧、加熱しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加するので、極めて短時間に該組成物中の金属粒子同士が焼結して、強度、導電性、熱伝導性が優れている固形状金属が得られる。特には、加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上の超音波振動を印加するので、効率良く揮発性分散媒が揮散し、極めて短時間に該組成物中の金属粒子同士が焼結して、強度、導電性、熱伝導性が優れている固形状金属が得られる。

本発明の金属製部材の接合方法では、ペースト状金属粒子組成物を複数の金属製部材間に介在させ、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加するので、極めて短時間に該組成物中の金属粒子同士が焼結して、複数の金属製部材が強固に耐久性よく接合する。特には加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ周波数が２ｋＨｚ以上の超音波振動を印加するので、効率良く揮発性分散媒が揮散し、極めて短時間に該組成物中の金属粒子同士が焼結して、複数の金属製部材が強固に耐久性よく接合する。

本発明のプリント配線板の製造方法では、硬化性接着剤が塗布された基板上にペースト状金属粒子組成物を塗布し、該ペースト状金属粒子組成物に、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加するので、極めて短時間に金属粒子同士が焼結して、耐摩耗性、接着性、導電性、熱伝導性が優れた金属配線が形成される。特には、加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上の超音波振動を印加するので、効率良く揮発性分散媒が揮散し、極めて短時間に金属粒子同士が焼結して、耐摩耗性、接着性、導電性、熱伝導性が優れた金属配線を有するプリント配線板を製造することができる。また、前記接合方法によりチップ等を当該プリント配線板に搭載することにより、回路板を製造することができる。

本発明のペースト状金属粒子組成物の固化方法、金属製部材の接合方法、プリント配線板の製造方法のいずれも、所要時間を極めて短くすることが可能であるから、生産効率が高く、エネルギー費用も従来に比べ大幅に節約することができる。

実施例における固着強度測定用試験体Ａを作製するために、チップコンデンサ端子電極３と基板ランド（パッド）部５の間のペースト状金属粒子組成物４に、超音波振動を印加している状態の概略図である。

符号の説明

Ａ 固着強度測定用試験体
Ｂ 超音波熱圧着装置の圧着部（プローブ）
１ ガラス繊維強化エポキシ樹脂基板
２ ２０１２チップコンデンサ
３ ２０１２チップコンデンサ端子電極
４ ペースト状金属粒子組成物
５ 基板ランド（パッド）部

本発明のペースト状金属粒子組成物は、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるので、加圧しつつ、特には加圧、加熱しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加すると、金属粒子が極めて短時間で焼結して固化する。
当該金属粒子(A)の平均粒径は、レーザー回折または電子顕微鏡写真の画像解析により得られる一次粒子の平均粒径である。平均粒径が３０μｍを越えると金属粒子同士の焼結性が小さくなり、優れた強度と導電性、熱伝導性、接着性を得にくい。そのため平均粒径は３０μｍ以下であるが、１０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは６μｍ以下である。しかし、いわゆるナノサイズである０.１μｍ以下の場合、表面活性が強すぎてペースト状金属粒子組成物の保存安定性が低下する恐れがあるため、０.１μｍより大であり、好ましくは０．２μｍ以上である。

当該金属粒子(A)は、常温で固形状であることが必要であり、特に導電性と熱伝導性が高い、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、スズから選択されることが好ましい。また、それらの金属からなる合金、または、それらの金属で表面がコーティングされた金属であっても良い。合金の場合は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、または、スズの含有量が５０％以上であることが好ましい。金属粒子の形状は、球状、フレーク状、針状、角状、樹枝状、粒状、不規則形状、涙滴状板状、板状、極薄板状、六角板状、柱状、棒状、多孔状、繊維状、塊状、海面状、けい角状、丸み状が例示される。好ましくは、フレーク状、針状、角状、樹枝状、粒状、不規則形状、涙滴状、板状、極薄板状、六角板状であり、より好ましくは、球状、フレーク状または粒状である。

当該金属粒子(A)は、製造過程で、有機化合物が付着することがある。その付着量が多すぎると、焼結性に悪影響を及ぼすことがあるので、炭素量は２．０重量％以下であり、好ましくは１．０重量％以下である。ここで炭素量は、金属粒子を酸素気流中で加熱することにより、金属粒子に付着していた有機化合物中の炭素を炭酸ガスに変え、炭酸ガス量を赤外線吸収スペクトル法により測定し、換算して炭素量を算出したものである。金属粒子(A)の表面は少々酸化されていても良いが、酸化銀以外の酸化膜で被覆されている場合（例えば、酸化銅、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化スズ等）には、この酸化膜を除去して用いることが好ましい。これらの酸化膜は化学的に安定であり、金属粒子同士の焼結性が低くなるからである。これらの酸化膜を除去する方法は限定されないが、例えば、水素雰囲気での還元処理、水素発生物質の添加による還元処理、公知の還元剤による還元処理、公知の還元剤の添加による還元処理等が例示される。酸化銀は加熱により容易に還元されるので、銀粒子表面の酸化銀の存在は任意である。

本発明のペースト状金属粒子組成物は、金属粒子(A)と揮発性分散媒(B)との混合物であり、粉末状の金属粒子(A)が揮発性分散媒(B)の作用によりペースト化している。ペースト化することにより、シリンダーやノズルから細い線状に吐出でき、またメタルマスクによる印刷塗布が容易であり、電極の形状に適用しやすくなる。非揮発性分散媒ではなく、揮発性分散媒を使用する理由は、超音波振動により金属粒子(A)が焼結する際に、分散媒が前もって揮散すると、金属粒子(A)が焼結しやすく、その結果、固形状金属の強度と導電性や熱伝導性が大きくなりやすいからである。揮発性分散媒(B)は、金属粒子表面を変質させず、その沸点は６０℃以上であり、３００℃以下であることが好ましい。沸点が６０℃未満であると、ペースト状金属粒子組成物を調製する作業中に溶媒が揮散しやすく、沸点が３００℃より大であると、金属粒子(A)の焼結後も揮発性分散媒が残留しかねないからである。そのような揮発性分散媒(B)として、水；エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ベンジルアルコール等の揮発性一価アルコール；その他の揮発性アルコール；低級ｎ−パラフィン、低級イソパラフィン等の揮発性脂肪族炭化水素；トルエン、キシレン等の揮発性芳香族炭化水素；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイゾブチルケトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール（４−ヒドロキシ−４−メチル−２−ペンタノン）、２−オクタノン、イソホロン（３，５，５−トリメチル−２−シクロヘキセン−１−オン）、ジイブチルケトン（２，６−ジメチル−４−ヘプタノン）等の揮発性ケトン；酢酸エチル（エチルアセテート）、酢酸ブチルのような揮発性酢酸エステル；酪酸メチル、ヘキサン酸メチル、オクタン酸メチル、デカン酸メチルのような揮発性脂肪族カルボン酸エステル；テトラヒドロフラン、メチルセロソルブ、プロピレンブリコールモノメチルエーテル、メチルメトキシブタノール、ブチルカルビトール等の揮発性エーテル；低分子量の揮発性シリコーンオイルおよび揮発性有機変成シリコーンオイル；等が例示され、特にはブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ベンジルアルコール等の揮発性一価アルコールであることが好ましい。これら炭素原子数が４〜１０である揮発性一価アルコールは、ペースト状金属粒子組成物にしたときに、メタルマスクでの印刷性やシリンジからの押出性、吐出性に優れ、また適度な揮発性を有しているからである。；ついで低級ｎ−パラフィン、低級イソパラフィン等の揮発性脂肪族炭化水素が好ましい。水は純水が好ましく、その電気伝導度は１００μS／ｃｍ以下が好ましく、１０μS／ｃｍ以下がより好ましい。純水の製造方法は通常の方法で良く、イオン交換法、逆浸透法、蒸留法が例示される。

揮発性分散媒(B)の配合量は、該金属粒子(A)をペースト状にするのに十分な量でよく、目安として金属粒子(A)との体積比率は、金属粒子(A)の体積１００あたり、揮発性分散剤(B)の体積が５０〜２００であり、好ましくは７０〜１６０である。なお、本発明におけるペースト状はクリーム状を含むものである。本発明のペースト状金属粒子組成物には、本発明の目的に反しない限り、その他の金属系や非金属系の粉体、金属化合物や金属錯体、チクソ剤、安定剤、着色剤等の添加物を少量ないし微量添加しても良い。

本発明のペースト状金属粒子組成物の固化方法は、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物に、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することにより、金属粒子同士を焼結させることを特徴とする。本発明のペースト状金属粒子組成物の固化方法は、特には、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物に、加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子(A)の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することにより、該揮発性分散媒(B)を揮散させ、該金属粒子(A)同士を焼結させることを特徴とする。このための金属粒子(A)としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、スズなどの金属粒子が適している。これらの金属粒子のうち、アルミニウム粒子は、常温でも加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加すると容易に焼結するという利点がある。

加圧しつつ超音波振動を印加することにより、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加することにより、揮発性分散媒(B)が揮散して該金属粒子(A)同士が焼結し強度と導電性と熱伝導性が優れた固形状の金属となる。この際、揮発性分散媒(B)が揮散し、ついで金属粒子(A)同士が焼結してもよく、揮発性分散媒(B)の揮散と共に金属粒子(A)同士が焼結してもよく、または、金属粒子(A)同士が焼結し、ついで揮発性分散媒(B)が揮散してもよい。金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、スズなどの金属は本来大きな強度と極めて高い導電性と熱伝導性を有するため、該金属粒子(A)同士の焼結物も大きな強度ときわめて高い導電性と熱伝導性を有する。

超音波振動の周波数は、２ｋＨｚ以上であり、１０ｋＨｚ以上であることが好ましい。その上限は特に制限されないが、装置の能力上５００ｋＨｚ位である。また、超音波振動の振幅は焼結性に影響するので、好ましくは０．１〜４０μｍ、より好ましくは０．３〜２０μｍ、さらに好ましくは０．５〜１２μｍである。なお、超音波振動がペースト状金属粒子組成物に確実に伝わるように、ペースト状金属粒子組成物に超音波振動の発信部分を直接押し当てることが好ましい。また、超音波振動を吸収しにくい素材からなるカバー材等を介して、超音波振動の発信部分を押し当てることが好ましい。ペースト状金属粒子組成物への押当て圧力は、好ましくは０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上、より好ましくは９ｋＰａ（０．９２ｇｆ／ｍｍ^２）以上、さらに好ましくは３９ｋＰａ（３．９８ｇｆ／ｍｍ^２）以上である。押当て圧力の上限は、接合する部材が破壊されない圧力の最大値である。

加熱温度は、常温より高く、揮発性分散媒(B)が揮散し金属粒子(A)が焼結できる温度であればよい。しかし、４００℃を越えると揮発性分散媒(B)が突沸的に蒸発して固形状金属の形状に悪影響が出る可能性があるため、４００℃以下、かつ該金属粒子(A)の融点未満の温度であることが必要であり、より好ましくは３００℃以下である。該金属粒子(A)が焼結してできた固形状金属の導電性は、体積抵抗率で１×１０^-4Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、１×１０^-5Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。その熱伝導性は、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましい。該金属粒子(A)が焼結してできた固形状金属の形状は特に限定されず、シート状、フィルム状、テープ状、線状、円盤状、ブロック状、スポット状、不定形状が例示される。

本発明の金属製部材の接合方法は、複数の金属製部材間に、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を介在させ、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加して金属粒子(A)同士を焼結させることを特徴とする。特には、複数の金属製部材間に、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を介在させ、加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子(A)の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することにより、該揮発性分散媒(B)を揮散させ、該金属粒子(A)同士を焼結させることを特徴とする。このための金属粒子(A)としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、スズなどの金属粒子が適している。これらの金属粒子のうち、アルミニウム粒子は常温でも加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加すると容易に焼結するという利点がある。

本発明の金属製部材の接合方法において、超音波振動の周波数、振幅、押当て圧力および加熱温度は、前記ペースト状金属粒子組成物の固化方法における超音波振動の周波数、振幅、押当て圧力および加熱温度と同じである。

金属製部材間のペースト状金属粒子組成物に、加圧しつつ、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加すると、揮発性分散媒が揮散し該金属粒子が焼結して、接触していた金属製部材（例えば、金メッキ板、銀板、銀メッキ板、銅板、アルミニウム板、ニッケルメッキ金属板、スズメッキ金属板等の金属板；金メッキ基板、銀基板、銀メッキ基板、銅基板、アルミニウム基板、ニッケルメッキ金属基板、スズメッキ金属基板等の金属系基板；電気絶縁性基板上の電極等金属部分；電子部品、電子装置、電気部品、電気装置の金属部分（例えば端子））への接着強度、導電性、熱伝導性が優れた固形状金属となる。したがって、本発明の金属製部材の接合方法は、複数の金属製部材の接合に有用であり、特には金属系基板もしくは電気絶縁性基板上の電極と、電子部品、電子装置、電気部品、電気装置の金属部分（例えば端子）の接合に有用である。そのような接合として、金属板同士の接合；金属板と電気絶縁性基板上の金属部分との接合；コンデンサ、抵抗等のチップ部品と配線基板との接合；ダイオード、メモリ、ＣＰＵ等の半導体チップとリードフレームもしくは配線基板との接合；高発熱のＣＰＵチップと冷却板との接合が例示される。

本発明のプリント配線板の製造方法は、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を硬化性接着剤が塗布された基板上に塗布し、該ペースト状金属粒子組成物に加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加して金属粒子同士を焼結させ、同時に該接着剤を硬化させることにより、金属配線を形成することを特徴とする。特には、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を、硬化性接着剤が塗布された基板上に塗布し、該ペースト状金属粒子組成物に加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することにより、該揮発性分散媒を揮散させ、金属粒子同士を焼結させ、同時に該接着剤を硬化させることにより、金属配線を形成することを特徴とする。このための金属粒子としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、スズなどの金属粒子が適している。これらの金属粒子のうち、アルミニウム粒子は、常温でも加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加すると容易に焼結するという利点がある。

本発明のプリント配線板の製造方法において、超音波振動の周波数、振幅、押当て圧力および加熱温度は、前記ペースト状金属粒子組成物の固化方法における超音波振動の周波数、振幅、押当て圧力および加熱温度と同じである。

本発明のプリント配線板の製造方法によれば、ペースト状金属粒子組成物を硬化性接着剤（例えば、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、ポリイミド樹脂系接着剤）を塗布したプリント配線用基板に塗布し、当該ペースト状金属粒子組成物に加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することにより、金属粒子同士が焼結し、耐摩耗性と基板への接着性に優れた金属プリント配線を形成することができる。なお、上記プリント配線用基板は、プライマー組成物を基板上に塗布し、次いで硬化性接着剤を塗布した基板であってもよい。特には、加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上の超音波振動を印加することにより、効率良く揮発性分散媒が揮散し、金属粒子同士が焼結して、耐摩耗性と基板への接着性と導電性と熱伝導性が優れた金属配線を有するプリント配線板を短時間で製造することができる。ペースト状金属粒子組成物を基板上へ塗布等する方法は、特に制限されず、ディスペンス塗布、印刷塗布、スプレー塗布、はけ塗り、注入等がある。また、段落００３１に記載の接合方法によりチップ等を当該プリント配線板に搭載することにより、回路板を製造することができる。

本発明の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物は、揮発性分散媒を含有するので、密閉容器に保存することが好ましい。長期間保存後に使用するときは、容器を振とうしてから、あるいは容器内を攪拌してから使用することが好ましい。保存安定性を向上する目的で冷蔵保管をしても良く、保管温度として１０℃以下が例示されるが、密閉容器内に保管するときは揮発性分散媒が凝固しない温度であることが好ましい。

なお、本発明の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物は、加圧しつつ超音波振動を印加することにより、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加することにより金属粒子を焼結するが、焼結した後の洗浄は不要である。しかし、水や有機溶剤で洗浄してもよい。揮発性分散媒が水または親水性溶剤である場合は水で洗浄することができるので、アルコール等の有機溶媒による洗浄の場合のようなＶＯＣ発生の問題がない。本発明における超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物の各成分は不純物が少ないため洗浄が容易である。

本発明の実施例と比較例を掲げる。実施例と比較例中、数字の次の「部」とあるのは「重量部」を意味する。金属粒子中の炭素量、ならびに、ペースト状金属粒子組成物中の金属粒子を焼結することにより生成した固形状金属の固着強度、体積抵抗率および熱伝導率は、下記の方法により各試験体を製作し、該各試験体について２５℃で測定した。

［炭素含有量］
金属粒子を酸素気流中で高周波により加熱することにより、金属粒子に付着していた有機化合物中の炭素を炭酸ガスに変え、炭酸ガス量を赤外線吸収スペクトル法により測定し、換算して炭素量を算出した。

［固着強度試験］
１００ｍｍ×４０ｍｍのガラス繊維強化エポキシ樹脂基板上に１ｍｍの間隔をおいて設けられた２つの０.８ｍｍ×１．２ｍｍのランド（パッド）部（銀メッキ仕上げ）に１５０μｍ厚のメタルマスクを用いて、ペースト状金属粒子組成物を塗布した（塗布面積：０．６ｍｍ×１．０ｍｍ）。チップマウンタにより、２０１２チップコンデンサ（両端部は銀メッキ仕上げ）を搭載した。超音波熱圧着装置を用い、超音波熱圧着装置の圧着部（プローブ）を該チップコンデンサに押し当てて、超音波振動を印加しながら２００℃の温度で３０秒間圧着した。その結果、金属粒子が焼結してランド（パッド）部と２０１２チップコンデンサ（両端部銀メッキ仕上げ）が接合した。ただし、金属粒子がフレーク状アルミニウム粒子である場合は、常温で超音波振動を印加した。かくして得られた固着強度試験体のチップコンデンサの側面を、固着強度試験機により押厚速度２３ｍｍ／分で加圧し、せん断破壊したときの荷重をもって固着強度（単位；ｋｇｆおよびＮ）とした。なお、固着強度試験の回数は５回であり、５回の平均値を固着強度とした。

［体積抵抗率試験］
幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍの開口部を有する厚さ１００μｍの金属製のマスクを用い、電気絶縁性のＦＲ−４ガラス繊維強化エポキシ樹脂基板上にペースト状金属粒子組成物を印刷塗布した。前記エポキシ樹脂基板と同じ大きさの厚さ２００μｍの非接着性であるステンレススチール板を前記塗布部に張付けた。該ステンレススチール板の上から超音波熱圧着装置を用いて、超音波振動を印加しながら、温度２００℃で３０秒間圧着したところ、金属粒子が焼結してフィルム状となった。ただし、金属粒子がフレーク状アルミニウム粒子である場合は、常温で超音波振動を印加した。かくして得られたフィルム状の金属について、２０ｍｍ長の測定端間で１０ボルトの電圧を印加して抵抗を測定し、体積抵抗率（単位；Ω・ｃｍ）を算出した。

［熱伝導率試験］
１０ｍｍ×１０ｍｍ角のシリコンウエハ１とシリコンウエハ２との間に、４０μｍまたは８０μｍ厚となるようペースト状金属粒子組成物を介在させ、超音波熱圧着装置を用いて、超音波振動を印加しながら２００℃で３０秒間加熱した。その結果、ペースト状金属粒子組成物中の金属粒子が焼結してフィルム状となった。ただし、金属粒子がフレーク状アルミニウム粒子である場合は、常温で超音波振動を印加した。かくして得られたフィルム状の金属について、各々の厚さにおける熱抵抗（単位；℃／Ｗ）を測定した。各厚さ（単位；ｍ）と熱抵抗の関係をグラフにプロットして直線を引き、その傾きを熱伝導率（単位；Ｗ／ｍＫ）として算出した。

［実施例１〜実施例５］
市販の還元法で製造された球状銀粒子（平均粒径０．３μｍ、炭素量０．２重量％）２０部に１−ヘキサノール（和光純薬工業株式会社発売の試薬特級）２部を添加し、へらを用いて均一に混合することにより、ペースト状銀粒子組成物を調製した。このペースト状銀粒子組成物は、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な形状に塗布できた。このペースト状銀粒子組成物は、ＥＦＤシリンジ（サンエイテック株式会社製。先端にとりつけたニードルの内径が１．５５ｍｍであり、吐出圧が５０ｋＰａである）から容易に吐出することができた。各実施例の各試験体を得るために、２００℃の温度で加熱しつつ、各超音波振動印加条件（表１）の超音波振動を３０秒間印加することにより、このペースト状銀粒子組成物中の銀粒子を焼結させた。このペースト状銀粒子組成物について、焼結物である固形状銀の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率を測定し、測定結果を表２に示した。体積抵抗率測定に使用したフィルム状銀は、精錬法による銀と遜色ない強度を有していた。以上の結果より、このペースト状銀粒子組成物が、強固な固形状銀を製造するのに有用なこと、金属製部材を電気伝導性と熱伝導性よく強固に接合するのに有用なこと、および耐摩耗性と基板への接着性と電気伝導性と熱伝導性が優れた銀配線を形成するのに有用なことがわかる。

［比較例１］
実施例１〜実施例５と同じペースト状銀粒子組成物を使用して、固着強度測定用試験体、体積抵抗率測定用試験体および熱伝導率測定用試験体の作成を試みた。ただし、各試験体を得るために、２００℃の温度で加熱しつつ、各超音波振動印加条件（表３）の超音波振動を３０秒間印加した。銀粒子が焼結せず試験体を作成することができなかった。固形状銀の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率は測定不可能であった。

［実施例６］
実施例２で用いた球状銀粒子の代わりに、市販の還元法で製造された銀粒子をフレーク化したフレーク状銀（平均粒径３．０μｍ、炭素量０．７重量％）を用いた以外は、実施例２と同一条件でペースト状銀粒子組成物を調製した。このペースト状銀粒子組成物は、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な形状に塗布できた。このペースト状銀粒子組成物は、ＥＦＤシリンジ（サンエイテック株式会社製。先端にとりつけたニードルの内径が１．５５ｍｍであり、吐出圧が５０ｋＰａである）から容易に吐出することができた。各実施例の各試験体を得るために、２００℃の温度で加熱しつつ、実施例２と同じ超音波印加条件の超音波振動を３０秒間印加することにより、このペースト状銀粒子組成物中の銀粒子を焼結させた。このペースト状銀粒子組成物について焼結物である固形状銀の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率を測定し、測定結果を表４に示した。体積抵抗率測定に使用したフィルム状銀は、精錬法による銀と遜色ない強度を有していた。以上の結果より、このペースト状銀粒子組成物が、強固な固形状銀を製造するのに有用なこと、金属製部材を電気伝導性と熱伝導性よく強固に接合するのに有用なこと、および耐摩耗性と基板への接着性と電気伝導性と熱伝導性が優れた銀配線を形成するのに有用なことがわかる。

［比較例２］
実施例６と同じペースト状銀粒子組成物を使用して、固着強度測定用試験体、体積抵抗率測定用試験体および熱伝導率測定用試験体の作成を試みた。ただし、各試験体を得るために、２００℃の温度で加熱しつつ、比較例１と同じ各超音波振動印加条件（表３）の超音波振動を３０秒間印加した。銀粒子が焼結せず試験体を作製することができなかった。そのため固形状銀の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率は測定不可能であった。

［比較例３］
実施例１〜実施例５と同じペースト状銀粒子組成物を使用して、固着強度測定用試験体、体積抵抗率測定用試験体および熱伝導率測定用試験体の作成を試みた。ただし、各試験体を得るために、超音波振動を印加しない以外は同一条件で加熱した。銀粒子同士が充分に焼結せずにもろく、指で触ると容易に壊れ、試験体を作製することができなかった。そのため固形状銀の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率は測定不可能であった。

［実施例７］
市販の還元法で製造された球状銀粒子（平均粒径０．３μｍ、炭素量０．３重量％、表面は酸化銀である）２０部に、蒸留範囲が１０６℃から２０２℃である低級イソパラフィン（新日本石油化学株式会社製、商品名アイソゾール３００）１．８部を添加し、へらを用いて均一に混合することによりペースト状銀粒子組成物を調製した。このペースト状銀粒子組成物は、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な形状に塗布できた。このペースト状銀粒子組成物は、吐出量が変化しやや不安定であるが、ＥＦＤシリンジ（サンエイテック株式会社製。先端にとりつけたニードルの内径が１．５５ｍｍであり、吐出圧が５０ｋＰａである）から連続して吐出できた。各試験体を得るために、２００℃の温度で加熱しつつ、実施例２と同じ超音波印加条件の超音波振動を３０秒間印加することにより、このペースト状銀粒子組成物中の銀粒子を焼結させた。このペースト状銀粒子組成物について、焼結物である固形状銀の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率を測定し、測定結果を表５にまとめて示した。体積抵抗率測定に使用したフィルム状銀は、精錬法による銀と遜色ない強度を有していた。以上の結果より、このペースト状銀粒子組成物が、強固な固形状銀を製造するのに有用なこと、金属製部材を電気伝導性と熱伝導性よく強固に接合するのに有用なこと、および耐摩耗性と基板への接着性と電気伝導性と熱伝導性が優れた銀配線を形成するのに有用なことがわかる。

［比較例４］
実施例７と同じペースト状銀粒子組成物を使用して、固着強度測定用試験体、体積抵抗率測定用試験体および熱伝導率測定用試験体の作成を試みた。ただし、各試験体を得るために、超音波振動を印加しない以外は同一条件で加熱した。銀粒子同士が充分に焼結せず、焼結物はもろく、指で触ると容易に壊れ、試験体を作製することができなかった。そのため固形状銀の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率は測定不可能であった。

［実施例８］
実施例７で用いた球状銀粒子の代わりに、市販の還元法で製造された粒状銀粒子（平均粒径２．７μｍ、炭素量０．７重量％）を使用する以外は、実施例７と同一条件でペースト状銀粒子組成物を調製した。このペースト状銀粒子組成物は、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な形状に塗布できた。このペースト状銀粒子組成物は、吐出量が変化しやや不安定であるが、ＥＦＤシリンジ（サンエイテック株式会社製。先端にとりつけたニードルの内径が１．５５ｍｍであり、吐出圧が５０ｋＰａである）から連続して吐出できた。各試験体を得るために、２００℃の温度で加熱しつつ、実施例２と同じ超音波印加条件の超音波振動を３０秒間印加することにより、このペースト状銀粒子組成物中の銀粒子を焼結させた。このペースト状銀粒子組成物について焼結物である固形状銀の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率を測定し、測定結果を表６にまとめて示した。体積抵抗率測定に使用したフィルム状銀は、精錬法による銀と遜色ない強度を有していた。以上の結果より、このペースト状銀粒子組成物が、強固な固形状銀を製造するのに有用なこと、金属製部材を電気伝導性と熱伝導性よく強固に接合するのに有用なこと、および耐摩耗性と基板への接着性と電気伝導性と熱伝導性が優れた銀配線を形成するのに有用なことがわかる。

［比較例５］
実施例８と同じペースト状銀粒子組成物を使用して、固着強度測定用試験体、体積抵抗率測定用試験体および熱伝導率測定用試験体の作成を試みた。ただし、各試験体を得るために、超音波振動を印加しない以外は同一条件で加熱した。銀粒子同士が充分に焼結せず、焼結物はもろく、指で触ると容易に壊れ、試験体を作製することができなかった。そのため固形状銀の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率は測定不可能であった。

［実施例９］
市販のアトマイズ法で製造された球状銅粒子の還元処理粉（平均粒径４μｍ、炭素含有量０．０１重量％以下の銅粒子を、濃度１５重量％のアスコルビン酸水溶液に浸漬することにより、銅粒子表面の酸化銅を銅に還元する処理をしたもの）２０部に１−ヘキサノール（和光純薬工業株式会社発売の試薬特級）１．５部を添加し、へらを用いて均一に混合することによりペースト状銅粒子組成物を調製した。
このペースト状銅粒子組成物は、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な形状に塗布できた。このペースト状銅粒子組成物は、ＥＦＤシリンジ（サンエイテック株式会社製。先端にとりつけたニードルの内径が１．５５ｍｍであり、吐出圧が５０ｋＰａである）から容易に吐出することができた。各試験体を得るために、２００℃の温度で加熱しつつ、実施例２と同じ超音波印加条件の超音波振動を３０秒間印加することにより、このペースト状銅粒子組成物中の銅粒子を焼結させた。このペースト状銅粒子組成物について、焼結物である固形状銅の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率を測定し、測定結果を表７に示した。体積抵抗率測定に使用したフィルム状銅は、精錬法による銅と遜色ない強度を有していた。以上の結果より、このペースト状銅粒子組成物が、強固な固形状銅を製造するのに有用なこと、金属製部材を電気伝導性と熱伝導性よく強固に接合するのに有用なこと、および耐摩耗性と基板への接着性と電気伝導性と熱伝導性が優れた銅配線を形成するのに有用なことがわかる。

［比較例６］
実施例９と同じペースト状銅粒子組成物を使用して、固着強度測定用試験体、体積抵抗率測定用試験体および熱伝導率測定用試験体の作成を試みた。ただし、各試験体を得るために、超音波振動を印加しない以外は同一条件で加熱した。銅粒子同士が充分に焼結せず、焼結物はもろく、指で触ると容易に壊れ、試験体を作製することができなかった。そのため固形状銅の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率は測定不可能であった。

［実施例１０］
市販の球状金粒子（平均粒径１μｍ、炭素量０．１重量％以下）２０部に１−ヘキサノール（和光純薬工業株式会社発売の試薬特級）１．０部を添加し、へらを用いて均一に混合することによりペースト状金粒子組成物を調製した。このペースト状金粒子組成物は、メタルマスクでの塗布においてダレ、流れ等はなく良好な形状に塗布できた。このペースト状金粒子組成物はＥＦＤシリンジ（サンエイテック株式会社製。先端にとりつけたニードルの内径が１．５５ｍｍであり、吐出圧が５０ｋＰａである）から容易に吐出することができた。各試験体を得るために、２００℃の温度で加熱しつつ、実施例２と同じ超音波印加条件の超音波振動を３０秒間印加することにより、このペースト状金粒子組成物中の金粒子を焼結させた。このペースト状金粒子組成物について、焼結物である固形状金の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率を測定し、測定結果を表８に示した。体積抵抗率測定に使用したフィルム状金は、精錬法による金と遜色ない強度を有していた。以上の結果より、このペースト状金粒子組成物が、強固な固形状金を製造するのに有用なこと、金属製部材を電気伝導性と熱伝導性よく強固に接合するのに有用なこと、および耐摩耗性と基板への接着性と電気伝導性と熱伝導性が優れた金配線を形成するのに有用なことがわかる。

［比較例７］
実施例１０と同じペースト状金粒子組成物を使用して、固着強度測定用試験体、体積抵抗率測定用試験体および熱伝導率測定用試験体の作成を試みた。ただし、各試験体を得るために、超音波振動を印加しない以外は同一条件で加熱した。金粒子同士が充分に焼結せず、焼結物はもろく、指で触ると容易に壊れ、試験体を作製することができなかった。そのため固形状金の固着強度、体積抵抗率、熱伝導率は測定不可能であった。

［実施例１１］
市販のフレーク状アルミニウム粒子（平均粒径２０μｍ、炭素量０．１重量％以下）２０部にイソプロパノール（和光純薬工業株式会社発売の試薬特級）６部を添加し、へらを用いて均一に混合することによりペースト状アルミニウム粒子組成物を調製した。このペースト状アルミニウム粒子組成物は、メタルマスクでの塗布において、ダレ、流れ等がわずかに認められたが、測定可能な形状に塗布できた。超音波熱圧着装置を用い、常温で、表９に示す超音波印加条件の超音波振動を６０秒間印加することにより、このペースト状アルミニウム粒子組成物中のアルミニウム粒子を焼結させた。このペースト状アルミニウム粒子組成物について、焼結物である固形状アルミニウムの固着強度、体積抵抗率、熱伝導率を測定し、測定結果を表１０に示した。体積抵抗率測定に使用したフィルム状アルミニウムは、精錬法によるアルミニウムと遜色ない強度を有していた。以上の結果より、このペースト状アルミニウム粒子組成物が、強固な固形状アルミニウムを製造するのに有用なこと、金属製部材を電気伝導性と熱伝導性よく強固に接合するのに有用なこと、および耐摩耗性と基板への接着性と電気伝導性と熱伝導性が優れたアルミニウム配線を形成するのに有用なことがわかる。

［比較例８］
実施例１１と同じペースト状アルミニウム粒子組成物を使用して、固着強度測定用試験体、体積抵抗率測定用試験体および熱伝導率測定用試験体の作成することを試みた。ただし、各試験体を得るために、超音波振動を印加しない以外は同一条件で加熱した。アルミニウム粒子同士が充分に焼結せず、焼結物はもろく、指で触ると容易に壊れ、試験体を作製することができなかった。そのため固形状アルミニウムの固着強度、体積抵抗率、熱伝導率は測定不可であった。

本発明の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物、該ペースト状金属粒子組成物の固化方法、金属製部材の接合方法は、プリント配線板上の導電性配線の形成；抵抗器やコンデンサ等の各種電子部品及び各種表示素子の電極の形成；電磁波シールド用導電性被膜の形成；金属板同士の接合；金属板と電気絶縁性基板上の金属部分との接合；コンデンサ、抵抗、ダイオード、メモリ、演算素子（ＣＰＵ）等のチップ部品の基板への接合；太陽電池の電極の形成；積層セラミックコンデンサ、積層セラミックインダクタ、積層セラミックアクチュエータ等のチップ型セラミック電子部品の外部電極の形成等に有用である。本発明のプリント配線板の製造方法は、金属配線を有するプリント配線板の製造に有用である。

この目的は、
［１］ (A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２.０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状物であり、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動の印加により該金属粒子同士が焼結することを特徴とする、超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物。
［２］ 加圧および加熱をしつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動の印加であることを特徴とする、［１］記載の超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物。
［３］ 金属粒子(A)の金属が、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルまたはスズであることを特徴とする、［１］記載の超音波振動焼結用ペペースト状金属粒子組成物。
［４］ 金属粒子(A)の金属が、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルまたはスズであることを特徴とする、［２］記載の超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物。
［５］ 金属粒子(A)が、球状、フレーク状または粒状であることを特徴とする、［１］〜［４］のいずれかに記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
［６］ 揮発性分散媒(B)が、揮発性の親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であることを特徴とする、［１］〜［４］のいずれかに記載の超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物。
［７］ 揮発性分散媒(B)が、揮発性の親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であることを特徴とする、［５］記載の超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物。
［８］ 揮発性親水性溶剤が、揮発性アルコール、または揮発性アルコールと水の混合物であることを特徴とする、［６］記載の超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物。
［９］ 揮発性親水性溶剤が、揮発性アルコール、または揮発性アルコールと水の混合物であることを特徴とする、［７］記載の超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物。
［１０］ (A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２.０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物に、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することにより、該金属粒子同士を焼結させることを特徴とする、ペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１１］ 加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することを特徴とする、［１０］記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１２］ 超音波振動の振幅が０.１〜４０μｍであることを特徴とする、［１０］または［１１］記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１３］ 加圧が０.９ｋＰａ（０.０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［１０］または［１１］記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１４］ 加圧が０.９ｋＰａ（０.０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［１２］記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
［１５］ 複数の金属製部材間に、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２.０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を介在させ、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加して該金属粒子同士を焼結させることを特徴とする、金属製部材の接合方法。
［１６］ 加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することを特徴とする、［１５］記載の金属製部材の接合方法。
［１７］ 金属製部材が電子部品または電気部品の金属製部材であることを特徴とする、［１５］記載の金属製部材の接合方法。
［１８］ 金属製部材が電子部品または電気部品の金属製部材であることを特徴とする、［１６］記載の金属製部材の接合方法。
［１９］ 超音波振動の振幅が０.１〜４０μｍであることを特徴とする、［１５］〜［１８］のいずれかに記載の金属製部材の接合方法。
［２０］ 加圧が０.９ｋＰａ（０.０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［１５］〜［１８］のいずれかに記載の金属製部材の接合方法。
［２１］ 加圧が０.９ｋＰａ（０.０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［１９］記載の金属製部材の接合方法。
［２２］ (A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２.０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を、硬化性接着剤が塗布された基板上に塗布し、該ペースト状金属粒子組成物に加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加して該金属粒子同士を焼結させ、同時に該接着剤を硬化させることにより、金属配線を形成することを特徴とする、プリント配線板の製造方法。
［２３］ 加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することを特徴とする、［２２］記載のプリント配線板の製造方法。
［２４］ 超音波振動の振幅が０.１〜４０μｍであることを特徴とする、［２２］または［２３］記載のプリント配線板の製造方法。
［２５］ 加圧が０.９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［２２］または［２３］記載のプリント配線板の製造方法。
［２６］ 加圧が０.９ｋＰａ（０.０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、［２４］記載のプリント配線板の製造方法。；により達成される。

本発明の超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物は、揮発性分散媒を含有するので、密閉容器に保存することが好ましい。長期間保存後に使用するときは、容器を振とうしてから、あるいは容器内を攪拌してから使用することが好ましい。保存安定性を向上する目的で冷蔵保管をしても良く、保管温度として１０℃以下が例示されるが、密閉容器内に保管するときは揮発性分散媒が凝固しない温度であることが好ましい。

なお、本発明の超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物は、加圧しつつ超音波振動を印加することにより、特には加圧、加熱しつつ超音波振動を印加することにより金属粒子を焼結するが、焼結した後の洗浄は不要である。しかし、水や有機溶剤で洗浄してもよい。揮発性分散媒が水または親水性溶剤である場合は水で洗浄することができるので、アルコール等の有機溶媒による洗浄の場合のようなＶＯＣ発生の問題がない。本発明における超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物の各成分は不純物が少ないため洗浄が容易である。

本発明の超音波振動焼結用ペースト状金属粒子組成物、該ペースト状金属粒子組成物の固化方法、金属製部材の接合方法は、プリント配線板上の導電性配線の形成；抵抗器やコンデンサ等の各種電子部品及び各種表示素子の電極の形成；電磁波シールド用導電性被膜の形成；金属板同士の接合；金属板と電気絶縁性基板上の金属部分との接合；コンデンサ、抵抗、ダイオード、メモリ、演算素子（ＣＰＵ）等のチップ部品の基板への接合；太陽電池の電極の形成；積層セラミックコンデンサ、積層セラミックインダクタ、積層セラミックアクチュエータ等のチップ型セラミック電子部品の外部電極の形成等に有用である。本発明のプリント配線板の製造方法は、金属配線を有するプリント配線板の製造に有用である。

Claims (26)

1. (A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状物であり、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動の印加により該金属粒子同士が焼結することを特徴とする、超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
2. 加圧および加熱をしつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動の印加であることを特徴とする、請求項１記載のペースト状金属粒子組成物。
3. 金属粒子(A)の金属が、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルまたはスズであることを特徴とする、請求項１記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
4. 金属粒子(A)の金属が、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルまたはスズであることを特徴とする、請求項２記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
5. 金属粒子(A)が、球状、フレーク状または粒状であることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
6. 揮発性分散媒(B)が、揮発性の親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
7. 揮発性分散媒(B)が、揮発性の親水性溶剤または脂肪族炭化水素系溶剤であることを特徴とする、請求項５記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
8. 揮発性親水性溶剤が、揮発性アルコール、または揮発性アルコールと水の混合物であることを特徴とする、請求項６記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
9. 揮発性親水性溶剤が、揮発性アルコール、または揮発性アルコールと水の混合物であることを特徴とする、請求項７記載の超音波振動焼結用のペースト状金属粒子組成物。
10. (A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物に、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することにより、該金属粒子同士を焼結させることを特徴とする、ペースト状金属粒子組成物の固化方法。
11. 加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することを特徴とする、請求項１０記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
12. 超音波振動の振幅が０．１〜４０μｍであることを特徴とする、請求項１０または請求項１１記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
13. 加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、請求項１０または請求項１１記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
14. 加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、請求項１２記載のペースト状金属粒子組成物の固化方法。
15. 複数の金属製部材間に、(A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を介在させ、加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加して該金属粒子同士を焼結させることを特徴とする、金属製部材の接合方法。
16. 加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することを特徴とする、請求項１５記載の金属製部材の接合方法。
17. 金属製部材が電子部品または電気部品の金属製部材であることを特徴とする、請求項１５記載の金属製部材の接合方法。
18. 金属製部材が電子部品または電気部品の金属製部材であることを特徴とする、請求項１６記載の金属製部材の接合方法。
19. 超音波振動の振幅が０．１〜４０μｍであることを特徴とする、請求項１５〜請求項１８のいずれか１項に記載の金属製部材の接合方法。
20. 加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、請求項１５〜請求項１８のいずれか１項に記載の金属製部材の接合方法。
21. 加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、請求項１９記載の金属製部材の接合方法。
22. (A)平均粒径が０.１μｍより大きく３０μｍ以下であり、炭素量が２．０重量％以下である金属粒子と(B)揮発性分散媒とからなるペースト状金属粒子組成物を硬化性接着剤が塗布された基板上に塗布し、該ペースト状金属粒子組成物に加圧しつつ周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加して該金属粒子同士を焼結させ、同時に該接着剤を硬化させることにより、金属配線を形成することを特徴とする、プリント配線板の製造方法。
23. 加圧しつつ、かつ、常温より高く４００℃以下であり該金属粒子の融点未満の温度で加熱しつつ、周波数が２ｋＨｚ以上である超音波振動を印加することを特徴とする、請求項２２記載のプリント配線板の製造方法。
24. 超音波振動の振幅が０．１〜４０μｍであることを特徴とする、請求項２２または請求項２３記載のプリント配線板の製造方法。
25. 加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、請求項２２または請求項２３記載のプリント配線板の製造方法。
26. 加圧が０．９ｋＰａ（０．０９ｇｆ／ｍｍ^２）以上であることを特徴とする、請求項２４記載のプリント配線板の製造方法。

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